EP3129137A1 - Verfahren zur darstellung einer aktiven ruthenium-katalysatorlösung für die umvinylierung von carbonsäuren - Google Patents

Verfahren zur darstellung einer aktiven ruthenium-katalysatorlösung für die umvinylierung von carbonsäuren

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EP3129137A1
EP3129137A1 EP15711220.2A EP15711220A EP3129137A1 EP 3129137 A1 EP3129137 A1 EP 3129137A1 EP 15711220 A EP15711220 A EP 15711220A EP 3129137 A1 EP3129137 A1 EP 3129137A1
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EP
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ruthenium
acid
vinyl ester
catalyst solution
eduktcarbonsäure
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Wacker Chemie AG
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    • C07C67/30—Preparation of carboxylic acid esters by modifying the acid moiety of the ester, such modification not being an introduction of an ester group
    • C07C67/333—Preparation of carboxylic acid esters by modifying the acid moiety of the ester, such modification not being an introduction of an ester group by isomerisation; by change of size of the carbon skeleton
    • C07C67/343—Preparation of carboxylic acid esters by modifying the acid moiety of the ester, such modification not being an introduction of an ester group by isomerisation; by change of size of the carbon skeleton by increase in the number of carbon atoms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/16—Reducing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00—Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/10—Preparation of carboxylic acid esters by reacting carboxylic acids or symmetrical anhydrides with ester groups or with a carbon-halogen bond

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of an active Ru catalyst solution for the Umvinyltechnik of carboxylic acids and their use in the Umvinyltechnik of carboxylic acids.
  • the transvinylation of carboxylic acids serves to prepare vinyl esters. This is understood to mean the transfer of a vinyl unit of a starting vinyl ester (IV) to a reactant carboxylic acid (2S) with generation of a product vinyl ester (2V) and the corresponding acid of the starting vinyl ester (IS).
  • ruthenium compounds are also used as catalyst in the prior art for the transvinylation of vinyl esters with carboxylic acids. Ruthenium compounds are characterized by their high solubility, low volatility and high thermal stability. In addition, there is a high, temperature-inducible Akti ⁇ vity.
  • EP 497340 A2 (US Pat. No. 5,1010,207) describes a transvinylation process for the preparation of product vinyl esters whose boiling points are higher than those of the starting vinyl ester. The reaction equilibrium is shifted to the product side by reactive distillation ⁇ at least one of product components.
  • the Ru catalysts described in EP 351603 A2 are used for this purpose. Examples in which the active catalyst species are generated and used from RuCl 3 are not listed. Ru-carbonyl and Ru-dicarbonyl-acetate are used as active Ru catalysts.
  • WO 2013/117294 A1 describes a continuous process for the preparation of carboxylic acid vinyl esters.
  • the transition metal-catalyzed transvinylation is operated in the steady state and the reaction mixture is separated in a subsequent step.
  • WO 2013/117295 describes a further embodiment of this process with a subsequent derivatization of the resulting conjugate acid of the starting vinyl ester.
  • Ru catalysts for the Umvinylierung be used.
  • RuCl 3 -based catalysts are not described.
  • the use of Ru catalysts in the transvinylation reaction has distinct advantages over Pd catalysts in terms of solubility, volatility, thermal stability and thermally inducible activity.
  • Numerous Ru compounds can be converted in situ to active Ru species, which catalyze the transvinylation reaction.
  • the targeted production of a concentrated, active catalyst solution based on industrially available ruthenium halides is not known.
  • the object was therefore to develop a process for preparing an active Ru catalyst solution having an Ru concentration of more than 0.5%, which is distinguished by a high Ru yield based on the ruthenium halide used and high activity .
  • the invention relates to a process for the preparation of a, in the Umvinylierung a Eduktvinylesters with a Eduktcarbonklare, active ruthenium catalyst solution having a Ru concentration greater than 0.5 wt .-%, Ru metal based on the total weight of the ruthenium catalyst solution, characterized in that
  • Ru (III) halides can Ru (III) iodide are used ruthenium (III) chloride, Ru ⁇ thenium (III) bromide and the like.
  • ruthenium (III) chloride Preferably, the use of ruthenium (III) chloride.
  • Ru (III) halide is typically used in concentrations of> 0.5 wt .-% (content ruthenium based on the reaction mass of Eduktvinylester and Eduktcarbonklare).
  • the Obergren ⁇ ze is preferably 4 wt .-% (content of ruthenium based on the reaction mass of Eduktvinylester and Eduktcarbonchure).
  • concentrations of 0.75 wt .-% to 3 wt .-% most preferred are concentrations of 1 wt .-% to 2 wt .-%, each based on ruthenium content of the reaction mass' Eduktvinylester and Eduktcarbonklare.
  • bases inorganic bases such as hydroxides, carbonates and bicarbonates of alkali and alkaline earth metals
  • ammonia ak and organic bases such as carboxylates and alkoxides of alkali and alkaline earth metals and organic amines
  • the use of sodium hydroxide is particularly preferred.
  • 1 to 10 molar equivalents of base are used per mole of ruthenium (III) halide. Preferred is the use of 2 to 5 molar equivalents, more preferred are 3 molar equivalents.
  • R may be an aliphatic radical having 1 to 12 C atoms, or may be a cycloaliphatic radical having up to 12 C atoms, or an aromatic radical having up to 12 carbon atoms.
  • R low molecular weight Eduktvinylester
  • R is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms
  • vinyl acetate vinyl propionate and vinyl pivalate.
  • Particularly preferred is the use of vinyl acetate.
  • the reaction is fed to at least one Eduktcarbonklare the general formula R ' -COOH, where R' may be an aliphatic radical having 1 to 22 carbon atoms, or may be a cycloaliphatic radical having up to 22 carbon atoms, or an aromatic radical with up to 22 carbon atoms can be.
  • R' may be an aliphatic radical having 1 to 22 carbon atoms, or may be a cycloaliphatic radical having up to 22 carbon atoms, or an aromatic radical with up to 22 carbon atoms can be.
  • Preference is given to using educt carboxylic acids of the aforementioned classes of compound having up to 18 carbon atoms.
  • Examples thereof are acetic acid, propionic acid, n-butyric acid, isobutyric acid, n-valeric acid, 2-methylbutyric acid, 3-methylbutyric acid, pivalic acid, caproic acid, cyclohexanecarboxylic acid, n-heptanoic acid, 2-methylhexanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, n- Octanoic acid, n-nonanoic acid, isononanoic acid, neononanoic acid, n-decanoic acid, neodecanoic acid, lauric acid Myristic acid, palmitic acid, stearic acid, benzoic acid, naphthalene carboxylic acid.
  • Versatic acids R alpha-branched carboxylic acids having 9 to 12 C atoms from the company Momentive
  • neo acids having 9 to 12 C atoms and fatty acids such as lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid are particularly preferred.
  • the molar ratio of starting vinyl ester to educt carboxylic acid can be 1: 1.8 to 1.8: 1.
  • a ratio of starting vinyl ester to educt carboxylic acid of from 1.5: 1 to 1: 1 is preferred, and a ratio of approximately 1: 1 is particularly preferred.
  • the starting materials mentioned may optionally be added a polymerization inhibitor ⁇ .
  • polymerization inhibitors 100 to 10000 ppm, based on the reaction mass of vinyl acetate and educt carboxylic acid, polymerization inhibitor are preferably used.
  • TEMPO 2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidinedyloxy
  • the educts can be added individually or as a mixture, and reacted in one or more steps at a temperature of 70 ° C to 170 ° C.
  • base, educt carboxylic acid and optionally polymerization inhibitor in the reactor at a temperature of preferably 80 ° C to 160 ° C, more preferably from 120 ° C to 140 ° C, and a pressure of preferably less than or equal to 1 bar abs. for preferably 0.5 h to 3 h, more preferably 1 h pretreated.
  • Any water of reaction can optionally be evaporated or removed in vacuo.
  • the Ru (III) halide can be ⁇ added, and the reaction is preferably under the same pressure and temperature conditions for preferably another 0.25 h to 2 h, particularly preferably continued for 0.5 h to 1 h.
  • the Eduktvinylester is then added and abs at a temperature of 70 ° C to 170 ° C, preferably at a tempera ture of 120 ⁇ ° C to 150 ° C, the pressure generally to> 1 bar. increased, and the reaction continued under these conditions for 8 h to 16 h.
  • the reaction is preferably carried out in a protective gas atmosphere, for example nitrogen, in a manner known per se.
  • the reaction time in the process according to the invention is generally 1 to 24 hours in total, preferably 8 to 20 hours, more preferably 12 to 17 hours.
  • the separation of undissolved constituents can take place by filtration, extraction, sedimentation or precipitation. Preference is given to separating undissolved constituents by filtration.
  • the resulting Ru catalyst solution can be further concentrated by distillation.
  • the partial steps of the process, both the reaction and the work-up steps, can be carried out batchwise, semicontinuously and fully continuously.
  • the process is preferably carried out batchwise.
  • active Ru catalyst solutions can be prepared with a concentration of ruthenium, in catalytically active and soluble form, of greater than 0.5% by weight, based on the total weight of the solution. Surprisingly, it has been found that with a vinyl ester to carboxylic acid ratio in the claimed range of 1: 1.8 to 1.8: 1, more than 80% by weight of the ruthenium used can be brought into a soluble and active form.
  • the inventive method thus enables the preparation of an active, highly concentrated catalyst solution (greater than 0.5 wt .-%, content of ruthenium based on a mixture (solvent), which consists essentially of product vinyl ester, the conjugate acid of Eduktvinylesters, Eduktvinylester and Edu- ktcarbonklare exists) based on commercially available ruthenium halides.
  • a mixture which consists essentially of product vinyl ester, the conjugate acid of Eduktvinylesters, Eduktvinylester and Edu- ktcarbonklare exists
  • the invention is the use of the Ru catalyst solution according to the invention in the transvinylation of a reactant carboxylic acid with a starting vinyl ester to give a product vinyl ester and the corresponding acid of the starting vinyl ester.
  • Such processes for the transvinylation of carboxylic acids by means of ruthenium catalysis are known to the person skilled in the art, for example from the published specifications DE 102013224491 and DE 102013224496.
  • Comparative Example 1 and Comparative Example 2 show that at Ru concentrations of less than 0.5% by weight, the lowering of the vinyl acetate / lauric acid ratio leads to an increased Ru yield. This effect is even more dramatic when the Ru concentration is increased. In Comparative Example 3, compared to Example 4, only 55 wt% Ru yield was obtained.
  • the example shows that the inventive Ru catalyst ⁇ solution can be used in the Umvinyltechnik of carboxylic acids.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Darstellung einer, bei der Umvinylierung eines Eduktvinylesters mit einer Eduktcarbonsäure, aktiven Ruthenium-Katalysatorlösung mit einer Ru-Konzentration größer als 0,5 Gew.-%, Ru-Metall bezogen auf das Gesamtgewicht der Ruthenium-Katalysatorlösung, dadurch gekennzeichnet, dass a) mindestens ein Ruthenium (III) halogenid mit mindestens einer anorganischen oder organischen Base, mit mindestens einem Eduktvinylester und mit mindestens einer Eduktcarbonsäure bei einer Temperatur von 70°C bis 170°C umgesetzt wird, wobei b) das molare Verhältnis von Eduktvinylester zu Eduktcarbonsäure 1 : 1,8 bis 1,8 : 1 beträgt, und c) das Ruthenium ( III ) halogenid in einer Menge von > 0,5 Gew.-% an Ru-Metall bezogen auf das Gesamtgewicht von Eduktvinylester und Eduktcarbonsäure eingesetzt wird.

Description

Verfahren zur Darstellung einer aktiven Ruthenium-Katalysator- lösung für die Umvinylierung von Carbonsäuren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung einer ak- tiven Ru-Katalysatorlösung für die Umvinylierung von Carbonsäuren und deren Verwendung in der Umvinylierung von Carbonsäuren.
Die Umvinylierung von Carbonsäuren dient der Darstellung von Vinylestern. Darunter versteht man die Übertragung einer Vinyl- Einheit eines Eduktvinylesters (IV) auf eine Eduktcarbonsäure (2S) unter Generierung eines Produktvinylesters (2V) und der korrespondierenden Säure des Eduktvinylesters (IS).
Katalysator
R'-COOH + R-C (0) 0-CH=CH2 > R-COOH + R' -C (0) 0-CH=CH2 (2S) (IV) (IS) (2V)
Aus der EP 376075 Bl ist die Umvinylierung von Vinylestern mit Carbonsäuren in Gegenwart von Palladiumkatalysator bekannt, wobei Kupferbromid und spezielle Lithiumverbindungen als Cokata- lysatoren eingesetzt werden.
Neben Palladium-Katalysatoren und Quecksilber-Katalysatoren werden im Stand der Technik zur Umvinylierung von Vinylestern mit Carbonsäuren auch Ruthenium-Verbindungen als Katalysator eingesetzt. Ruthenium-Verbindungen zeichnen sich durch ihre hohe Löslichkeit, geringe Flüchtigkeit und hohe thermische Stabilität aus. Hinzu kommt eine hohe, Temperatur-induzierbare Akti¬ vität . In der EP 351603 A2 (= EP506070, ÜS4981973, US 5155253) wird ein Verfahren zur Umvinylierung von Carbonsäuren unter Verwendung verschiedener Ru-Verbindungen als Katalysator-Precursor beschrieben. Die Autoren postulieren eine [Ru (CO) 2RC02] -Einheit als entscheidendes Strukturelement bei der Bildung der aktiven Spezies. Demzufolge können alle Ru-Verbindungen als Katalysa- torvorstufen eingesetzt werden, die sich in situ in dieses Strukturelement umwandeln lassen. Bei der Verwendung von Ruthe¬ nium ( III ) chlorid als Ausgangsverbindung ist die Zugabe eines Alkali-Carboxylats erforderlich, um die aktive Spezies zu gene- rieren. Beispiel 16 beschreibt die Umvinylierung von Benzoesäu¬ re (100 mmol) mit Vinylacetat (200 mmol) unter Einsatz eines RuCl3/Natriumacetat-Gemisches , welches unter den Umvinylie- rungsbedingungen in situ zur aktiven Katalysatorverbindung um¬ gewandelt wird. Bei der Umvinylierung wird nach einer Stunde Reaktionszeit bei 130°C eine Ausbeute von 27 % Vinylbenzoat erreicht .
In Adv. Synth. Catal. 2013, 355, 2845 - 2859 wird die Theorie der EP 351603 A2 bestätigt und ein [Ru (CO) 3 (RCO2) 2] -Komplex als aktive Katalysatorspezies postuliert. Die Bildung der kataly- tisch aktiven Spezies erfolgt durch Umsetzung von RuCl3 mit Natriumhydroxid, Vinylacetat (Eduktvinylester) und Propionsäure (Eduktcarbonsäure) . Die Umsetzung erfolgt über 4 Stunden bei einer Temperatur von 140 °C und einem molaren Verhältnis von Vi- nylacetat zu Propionsäure von 2,7 : 1. Die Ausbeute an aktivem Ruthenium-Katalysator wird mit 53 % angegeben.
Die EP 497340 A2 (US5210207) beschreibt ein Umvinylierungsver- fahren zur Darstellung von Produktvinylestern, deren Siedepunk- te höher liegen als die der Eduktvinylester. Durch Reaktiv¬ destillation von mindestens einer der Produktkomponenten wird das Gleichgewicht der Reaktion auf die Produktseite verschoben. Bevorzugt werden hierfür die in EP 351603 A2 beschriebenen Ru- Katalysatoren eingesetzt. Beispiele in denen die aktive Kataly- satorspezies aus RuCl3 generiert und eingesetzt werden, sind nicht angeführt. Es werden als aktive Ru-Katalysatoren Ru- Carbonyl und Ru-Dicarbonyl-Acetat eingesetzt.
In der WO 92/09554 AI wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die Reaktionsmasse nach der Umvinylierung zuerst separiert und der Produktvinylester anschließend durch Azeotropdestillation abgetrennt wird. Dieses Verfahren zielt vor allem auf die Trennung von Säure/Vinylester-Gemischen mit geringen Siedepunktdifferenzen. In der Umvinylierungsreaktion werden bevorzugt die Ru-Katalysatoren aus der EP 351603 A2 eingesetzt (Ru-Carbonyl und Ru-Dicarbonyl-Acetat ) . Der Einsatz RuCl3-basierter Katalysatorsysteme wird in den Beispielen nicht beschrieben.
Die WO 2013/117294 AI beschreibt ein kontinuierliches Verfahren zur Darstellung von Carbonsäurevinylestern . Die übergangsme- tallkatalysierte Umvinylierung wird im stationären Zustand betrieben und das Reaktionsgemisch in einem Folgeschritt aufgetrennt. WO 2013/117295 beschreibt eine weitere Ausgestaltung dieses Verfahrens mit einer nachträglichen Derivatisierung der entstehenden, konjugaten Säure des Eduktvinylesters . In den
Beispielen beider Schriften werden hauptsächlich Pd-Katalysatoren für die Umvinylierung eingesetzt. RuCl3-basierte Katalysatoren werden nicht beschrieben. Die Verwendung von Ru-Katalysatoren in der Umvinylierungsreaktion birgt deutliche Vorteile gegenüber Pd-Katalysatoren hinsichtlich Löslichkeit, Flüchtigkeit, thermische Stabilität und thermisch induzierbarer Aktivität. Zahlreiche Ru-Verbindun- gen lassen sich in situ zu aktiven Ru-Spezies umwandeln, welche die Umvinylierungsreaktion katalysieren. Die gezielte Herstellung einer konzentrierten, aktiven Katalysatorlösung auf Basis industriell verfügbarer Rutheniumhalogenide ist nicht bekannt.
Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Darstellung ei- ner aktiven Ru-Katalysatorlösung mit einer Ru-Konzentration von mehr als 0,5 % zu entwickeln, das sich durch eine hohe Ru- Ausbeute bezogen auf das eingesetzte Rutheniumhalogenid und eine hohe Aktivität auszeichnet. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Darstellung einer, bei der Umvinylierung eines Eduktvinylesters mit einer Eduktcarbonsäure, aktiven Ruthenium-Katalysatorlösung mit einer Ru-Konzentration größer als 0,5 Gew.-%, Ru-Metall bezogen auf das Gesamtgewicht der Ruthenium-Katalysatorlösung, dadurch gekennzeichnet, dass
a) mindestens ein Ruthenium ( III ) halogenid mit mindestens einer anorganischen oder organischen Base, mit mindestens einem Edu- ktvinylester und mit mindestens einer Eduktcarbonsäure bei ei¬ ner Temperatur von 70°C bis 170°C umgesetzt wird, wobei
b) das molare Verhältnis von Eduktvinylester zu Eduktcarbonsäu¬ re 1 : 1,8 bis 1,8 : 1 beträgt, und
c) das Ruthenium ( III ) halogenid in einer Menge von > 0,5 Gew.-% an Ru-Metall bezogen auf das Gesamtgewicht von Eduktvinylester und Eduktcarbonsäure eingesetzt wird.
Unter einer aktiven Ruthenium-Katalysatorlösung wird dabei eine Lösung von einer oder mehreren Ruthenium- erbindungen verstanden, welche ohne zusätzlichen Formierungsschritt die Umvinylierung eines Eduktvinylesters mit einer Eduktcarbonsäure kataly¬ siert .
Als Ruthenium ( III ) halogenide können Ruthenium ( III ) chlorid, Ru¬ thenium ( III ) bromid und Ru(III)iodid eingesetzt werden. Bevorzugt erfolgt der Einsatz von Ruthenium ( III ) chlorid . Das
Ru ( III ) -halogenid wird typischerweise in Konzentrationen von > 0,5 Gew.-% (Gehalt Ruthenium bezogen auf die Reaktionsmasse aus Eduktvinylester und Eduktcarbonsäure) eingesetzt. Die Obergren¬ ze beträgt vorzugsweise 4 Gew.-% (Gehalt Ruthenium bezogen auf die Reaktionsmasse aus Eduktvinylester und Eduktcarbonsäure) . Besonders bevorzugt werden Konzentration von 0,75 Gew.-% bis 3 Gew.-%, am meisten bevorzugt sind Konzentrationen von 1 Gew.-% bis 2 Gew.-%, jeweils Gehalt Ruthenium bezogen auf die Reaktionsmasse aus' Eduktvinylester und Eduktcarbonsäure. Als Basen können anorganische Basen wie Hydroxide, Carbonate und Hydrogencarbonate der Alkali- und Erdalkalimetalle, Ammoni ak sowie organische Basen wie Carboxylate und Alkoholate der Alkali- und Erdalkalimetalle und organische Amine verwendet werden. Bevorzugt werden Hydroxide und Carboxylate der Alkali- und Erdalkalimetalle eingesetzt. Beispiele hierfür sind NaOH, KOH, Na-Acetat, K-Acetat . Besonders bevorzugt erfolgt der Einsatz von Natriumhydroxid. Im Allgemeinen werden jeweils 1 bis 10 Mol-Äquivalente Base pro Mol Ruthenium ( III ) halogenid eingesetzt. Bevorzugt ist die Verwendung von 2 bis 5 Mol-Äquivalenten, besonders bevorzugt sind 3 Mol-Äquivalente.
Als Vinylester können beliebige Carbonsäurevinylester der allgemeinen Formel R-C (0) 0-CH=CH2 eingesetzt werden, wobei R ein aliphatischen Rest mit 1 bis 12 C-Atomen sein kann, oder ein cycloaliphatischer Rest mit bis zu 12 C-Atomen sein kann, oder ein aromatischer Rest mit bis zu 12 C-Atomen sein kann. Bevorzugt ist die Verwendung niedermolekularer Eduktvinylester, wo bei R ein Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen ist, beispielsweise Vinylacetat, Vinylpropionat und Vinylpivalat . Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Vinylacetat.
Ferner wird der Reaktion mindestens eine Eduktcarbonsäure der allgemeinen Formel R'-COOH zugeführt, wobei R' ein aliphatischer Rest mit 1 bis 22 C-Atomen sein kann, oder ein cycloaliphatischer Rest mit bis zu 22 C-Atomen sein kann, oder ein aromatischer Rest mit bis zu 22 C-Atomen sein kann. Bevorzugt werden Eduktcarbonsäuren der genannten Verbindungsklassen mit bis 18 C-Atomen eingesetzt. Beispiele hierfür sind Essigsäure, Propionsäure, n-Buttersäure, iso-Buttersäure, n-Valeriansäure, 2-Methylbuttersäure, 3-Methylbuttersäure, Pivalinsäure, Capron säure, Cyclohexancarbonsäure , n-Heptansäure, 2-Methylhexan- säure, 2-Ethylhexansäure, n-Octansäure, n-Nonansäure, Isononan säure, Neononansäure, n-Decansäure , Neodecansäure, Laurinsäure Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Benzoesäure, Naphthalincarbonsäure. Besonders bevorzugt werden VersaticsäurenR (alpha-verzweigte Carbonsäuren mit 9 bis 12 C-Atomen der Fa. Momentive) oder Neo-Säuren mit 9 bis 12 C-Atomen und Fettsäuren wie Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure.
Das molare Verhältnis von Eduktvinylester zu Eduktcarbonsäure kann 1 : 1,8 bis 1,8 : 1 betragen. Bevorzugt ist ein Verhältnis von Eduktvinylester zu Eduktcarbonsäure von 1,5 : 1 bis 1 : 1, besonders bevorzugt ist ein Verhältnis von circa 1 : 1.
Den genannten Edukten kann gegebenenfalls ein Polymerisations¬ inhibitor zugesetzt werden. Bevorzugt werden 100 bis 10000 ppm, bezogen auf die Reaktionsmasse aus Eduktvinylester und Eduktcarbonsäure, Polymerisationsinhibitor eingesetzt. Beispiele für Polymerisationsinhibitoren sind Hydrochinon, Methoxyhydrochi- non, tertiär-Butylcatechol , Phenothiazin oder Nitroxidradikale wie TEMPO oder 4-OH-TEMPO (TEMPO = 2 , 2 , 6 , 6-Tetramethylpiperi- dinyloxyl) . Bevorzugt ist die Verwendung von Phenothiazin oder Hydrochinon .
Die Edukte können einzeln oder als Gemisch zugegeben werden, und in einem oder mehreren Schritten bei einer Temperatur von 70°C bis 170°C zur Reaktion gebracht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden Base, Eduktcarbonsäure und gegebenenfalls Polymerisationsinhibitor im Reaktor bei einer Temperatur von vorzugsweise 80°C bis 160°C, besonders bevorzugt von 120°C bis 140°C, und einem Druck von vorzugsweise kleiner oder gleich 1 bar abs. für vorzugsweise 0,5 h bis 3 h, besonders bevorzugt 1 h vorbehandelt. Entstehendes Reaktionswasser kann gegebenenfalls abgedampft oder im Vakuum entfernt werden. Anschließend kann das Ru ( III ) halogenid zugegeben wer¬ den, und die Reaktion wird vorzugsweise unter gleichen Druck- und Temperaturbedingungen für vorzugsweise weitere 0,25 h bis 2 h, besonders bevorzugt 0,5 h bis 1 h fortgesetzt. Vorzugsweise wird anschließend der Eduktvinylester zugegeben und bei einer Temperatur von 70 °C bis 170 °C, vorzugsweise bei einer Tempera¬ tur von 120 °C bis 150 °C der Druck im Allgemeinen auf > 1 bar abs. erhöht, und die Reaktion unter diesen Bedingungen für 8 h bis 16 h fortgesetzt. Die Reaktion wird bevorzugt in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise Stickstoff, in an sich bekannter Weise, durchgeführt. Die Reaktionsdauer beträgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Allgemeinen insgesamt 1 bis 24 Stunden, vorzugsweise 8 bis 20 Stunden, besonders bevorzugt 12 bis 17 Stunden.
Nach der Reaktion kann die Abtrennung ungelöster Bestandteile durch Filtration, Extraktion, Sedimentation oder Fällung erfol- gen. Bevorzugt werden ungelöste Bestandteile durch Filtration abgetrennt .
Gegebenenfalls kann die damit erhaltene Ru-Katalysatorlösung durch Destillation weiter aufkonzentriert werden.
Die Teilschritte des Verfahrens, sowohl die Reaktion als auch die Aufarbeitungsschritte, können diskontinuierlich, semikontinuierlich und vollkontinuierlich durchgeführt werden. Das Verfahren wird bevorzugt diskontinuierlich durchgeführt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können aktive Ru-Katalysa- torlösungen mit einer Konzentrationen von Ruthenium, in kataly- tisch aktiver und löslicher Form, von größer als 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, hergestellt werden. Überraschend wurde gefunden, dass bei einem Vinylester zu Carbonsäure-Verhältnis im beanspruchten Bereich von 1 : 1,8 bis 1,8 : 1 mehr als 80 Gew.-% des eingesetzten Rutheniums in eine lösliche und aktive Form gebracht werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die Darstellung einer aktiven, hochkonzentrierten Katalysatorlösung (größer als 0,5 Gew.-%, Gehalt Ruthenium bezogen auf eine Mischung (Lösungsmittel) , die im Wesentlichen aus Produktvinylester, der konjugaten Säure des Eduktvinylesters , Eduktvinylester und Edu- ktcarbonsäure besteht) , auf Basis kommerziell verfügbarer Rutheniumhalogenide. Die Initiierungsphase, wie sie beim Einsatz von Katalysatorvorstufen auftritt, kann durch den Einsatz solcher präformierter Katalysatorlösungen vermieden werden.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Ru-Katalysatorlösung in der Umvinylierung einer Eduktcarbonsäure mit einem Eduktvinylester zu einem Produktvinylester und der korrespondierenden Säure des Eduktvinylesters. Solche Verfahren zur Umvinylierung von Carbonsäuren mittels Ruthenium-Katalyse sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus den Offenlegungssschriften DE 102013224491 und DE 102013224496.
Beispiele :
Die nachfolgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung .
Die Ru-Ausbeute berechnet sich gemäß A (%) = 100 x mRu(F)/ (mRu(F)+ mRu(FK)), wobei mRu(F) die Masse des Rutheniums im Filt- rat und mRu(FK) die Masse des Rutheniums im Filterkuchen darstellt .
Vergleichsbeispiel 1:
Herstellung einer Katalysatorlösung mit niedriger Ru-Konzentra- tion (< 0,5 Gew.-%) und einem Vinylester/Säure-Verhältnis von 2 : 1. In einem 100 ml Berghoff-Autoklav wurden 38,5 g (0,19 mol) Lau- rinsäure, 0,26 g (6,5 mmol) Natriumhydroxid, 0,07 g Phenothia- zin gegeben und 1 Stunde lang auf 120 °C erhitzt, sodass entstehendes Reaktionswasser entweichen konnte. Anschließend wurden 0,60 g (2 mmol) Ruthenium ( III ) chlorid-Hydrat zugegeben und eine weitere halbe Stunde auf 120 °C erhitzt, sodass Wasser entweichen konnte. Nach Zugabe von 33,0 g (0,38 mol) Vinylacetat bei 60°C wurde die Mischung 12 Stunden bei 1,6 bar abs. auf 120°C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde die Reaktionsmischung bei 60 °C filtriert (mRu(FK) = 0,024 g) und mit 20 g Vinylacetat gewaschen, wonach man 83,0 g eines rot-braunen Filtrats mit einem Ru-Gehalt von 0,24 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Filtrats, erhielt. Vergleichsbeispiel 2:
Herstellung einer Katalysatorlösung mit niedriger Ru-Konzentra- tion (< 0,5 Gew.-%) und einem Vinylester/Säure-Verhältnis von 1 : 1 In einem 100 ml Berghoff-Autoklav wurden 50,0 g (0,25 mol) Lau- rinsäure, 0,26 g (6,5 mmol) Natriumhydroxid, 0,07 g Phenothia- zin gegeben und 1 Stunde lang auf 120 °C erhitzt, sodass entstehendes Reaktionswasser entweichen konnte. Anschließend wurden 0,60 g (2 mmol) Ruthenium ( III ) chlorid-Hydrat zugegeben und eine weitere halbe Stunde auf 120°C erhitzt, sodass Wasser entweichen konnte. Nach Zugabe von 21,5 g (0,25 mol) Vinylacetat bei 60 °C wurde die Mischung 12 Stunden bei 1,2 bar abs. auf 120 °C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde die Reaktionsmischung bei 60 °C filtriert (mRu(FK) = 0,017 g) und mit 20 g Vinylacetat gewa- sehen, wonach man 81,4 g eines rot-braunen Filtrats mit einem Ru-Gehalt von 0,28 Gew.-% erhielt.
Vergleichsbeispiel 3:
Herstellung einer Katalysatorlösung mit hoher Ru-Konzentration (> 0,5 Gew.-%) und einem Vinylester/Säure-Verhältnis von 2 : 1 In einem 100 ml Berghoff-Autoklav wurden 38,5 g (0,19 mol) Lau- rinsäure, 1,02 g (25,5 mmol) Natriumhydroxid, 0,07 g Phenothia- zin gegeben und 1 Stunde lang auf 120 °C erhitzt, sodass entste- hendes Reaktionswasser entweichen konnte. Anschließend wurden 2,36 g (8,4 mmol) Ruthenium ( III ) chlorid-Hydrat zugegeben und eine weitere halbe Stunde auf 120°C erhitzt, sodass Wasser entweichen konnte. Nach Zugabe von 33,0 g (0,38 mol) Vinylacetat bei 60 °C wurde die Mischung 12 Stunden bei 2,1 bar abs. auf 120 °C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde die Reaktionsmischung bei 60°C filtriert (mRu(FK) = 0,378 g) und mit 25 g Vinylacetat gewaschen, wonach man 85,5 g eines rot-braunen Filtrats mit einem Ru-Gehalt von 0,53 Gew.-% erhielt. Beispiel 4 :
Herstellung einer Katalysatorlösung mit hoher Ru-Konzentration (> 0,5 Gew.-%) und einem Vinylester/Säure-Verhältnis von 1 : 1
In einem 100 ml Berghoff-Autoklav wurden 50,0 g (0,25 mol) Lau- rinsäure, 1,07 g (27 mmol) Natriumhydroxid, 0,07 g Phenothiazin gegeben und 1 Stunde lang auf 120°C erhitzt, sodass entstehendes Reaktionswasser entweichen konnte. Anschließend wurden 2,36 g (8,4 mmol) Ruthenium ( III ) chlorid-Hydrat zugegeben und eine weitere halbe Stunde auf 120°C erhitzt, sodass Wasser entwei- chen konnte. Nach Zugabe von 21,5 g (0,25 mol) Vinylacetat bei 60 °C wurde die Mischung 12 Stunden bei 4,9 bar abs. auf 120 °C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde die Reaktionsmischung bei 60 °C filtriert (mRu(FK) = 0,013 g) und mit 25 g Vinylacetat gewaschen, wonach man 88,4 g eines rot-braunen Filtrats mit einem Ru-Gehalt von 1,10 Gew.-% erhielt.
Beispiel 5:
Herstellung einer Katalysatorlösung mit hoher Ru-Konzentration (> 0,5 Gew.-%) und einem Vinylester/Säure-Verhältnis von 1 : 1 In einem 100 ml Berghoff-Autoklav wurden 50,0 g (0,25 mol) Lau- rinsäure, 1,73 g (43 mmol) Natriumhydroxid, 0,07 g Phenothiazin gegeben und 1 Stunde lang auf 120°C erhitzt, sodass entstehendes Reaktionswasser entweichen konnte. Anschließend wurden 3,80 g (13,5 mmol) Ruthenium ( III ) chlorid-Hydrat zugegeben und eine weitere halbe Stunde auf 120 °C erhitzt, sodass Wasser entweichen konnte. Nach Zugabe von 21,5 g (0,25 mol) Vinylacetat bei 60 °C wurde die Mischung 12 Stunden bei 4,9 bar abs. auf 120 °C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde die Reaktionsmischung bei 60 °C filtriert (mRu(FK) = 0,258 g) und mit 25 g Vinylacetat gewaschen, wonach man 65,9 g eines rot-braunes Filtrats mit einem Ru-Gehalt von 1,76 Gew.-% erhielt.
*bezogen auf die Summe aus Laurinsäure und Vinylacetat
Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 zeigen, dass bei Ru-Konzentrationen von kleiner 0,5 Gew.-% die Erniedrigung des Vinylacetat/Laurinsäure-Verhältnisses zu einer erhöhten Ru- Ausbeute führt. Noch drastischer zeigt sich dieser Effekt bei Erhöhung der Ru-Konzentration. In Vergleichsbeispiel 3 werden im Vergleich zu Beispiel 4 nur 55 Gew.-% Ru-Ausbeute erhalten.
Beispiel 6:
Verwendung der aktiven Ru-Katalysatorlösung mit einem Ru-Gehalt > 0,5 Gew.-% in der Umvinylierung von Laurinsäure mit Vinylacetat . In einem 100 ml Berghoff-Autoklav wurden 25,0 g Laurinsäure, 43,0 g Vinylacetat und 2,81 g Ru-Katalysatorlösung aus Beispiel 4 (1,10 Gew.-% Ruthenium) 3 Stunden lang bei 3 bar abs . auf 140 °C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde die Reaktionsmischung mittels quantitativer NMR-Spektroskopie analysiert. Dabei konn¬ te eine Vinyllaurat-Ausbeute von 78 % erreicht werden.
Das Beispiel zeigt, dass die erfindungsgemäße Ru-Katalysator¬ lösung in der Umvinylierung von Carbonsäuren eingesetzt werden kann .

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Darstellung einer, bei der ümvinylierung eines Eduktvinylesters mit einer Eduktcarbonsäure, aktiven Ruthenium-Katalysatorlösung mit einer Ru-Konzentration größer als 0,5 Gew.-%, Ru-Metall bezogen auf das Gesamtgewicht der Ruthenium-Katalysatorlösung, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass
a) mindestens ein Ruthenium ( III ) halogenid mit mindestens einer anorganischen oder organischen Base, mit mindestens einem Eduktvinylester und mit mindestens einer Eduktcarbonsäure bei einer Temperatur von 70°C bis 170°C umgesetzt wird, wobei
b) das molare Verhältnis von Eduktvinylester zu Eduktcar- bonsäure 1 : 1,8 bis 1,8 : 1 beträgt, und
c) das Ruthenium ( III ) halogenid in einer Menge von > 0,5 Gew.-% an Ru-Metall bezogen auf das Gesamtgewicht von Edu¬ ktvinylester und Eduktcarbonsäure eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ruthenium ( III ) halogenid in einer Menge von 0,75 Gew.-% bis 3 Gew.-% an Ru-Metall bezogen auf das Gesamtgewicht von Eduktvinylester und Eduktcarbonsäure eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Eduktvinylester ein Carbonsäurevinylester der allgemeinen Formel R-C (0) 0-CH=CH2 eingesetzt wird, wobei R ein aliphatischen Rest mit 1 bis 12 C-Atomen sein kann, oder ein cycloaliphatischer Rest mit bis zu 12 C-Atomen sein kann, oder ein aromatischer Rest mit bis zu 12 C-
Atomen sein kann.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Eduktcarbonsäure eine Carbonsäure der allgemeinen Formel R'-COOH eingesetzt wird, wobei R' ein aliphatischer Rest mit 1 bis 22 C-Atomen sein kann, oder ein cyclo- aliphatischer Rest mit bis zu 22 C-Atomen sein kann, oder ein aromatischer Rest mit bis zu 22 C-Atomen sein kann.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass molare Verhältnis von Eduktvinylester zu Eduktcarbon- säure von 1,5 : 1 bis 1 : 1 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Base und Eduktcarbonsäure bei einer Temperatur von 80°C bis 160°C, und einem Druck von < 1 bar abs . vorbehandelt werden, anschließend Ru ( III ) halogenid zugegeben wird, und die Reaktion unter gleichen Druck- und Temperaturbedingungen fortgesetzt wird, anschließend Eduktvinylester zugegeben wird, und die Reaktion bei einer Temperatur von 70 °C bis 170 °C und einem Druck von > 1 bar abs. fortgesetzt wird.
Ruthenium-Katalysatorlösung erhalten mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6.
Verwendung einer Ruthenium-Katalysatorlösung, erhalten mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6, bei der Umvinylie- rung einer Eduktcarbonsäure mit einem Eduktvinylester zu einem Produktvinylester und der korrespondierenden Säure des Eduktvinylesters .
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